1、1压裂施工参数及工艺交流工程技术研究院二一二年十月2整体概述概述二点击此处输入相关文本内容概述一点击此处输入相关文本内容概述三点击此处输入相关文本内容34 1949.31949.3在美国俄克拉荷马州的维尔玛进行了第一次商业性的压裂施工 最早进行压裂工作的是19471947年在美国的湖果顿气田克列帕1 1号井进行的，苏联是19541954年开始的，而我国是19521952年在延长油矿开始的。 4040年代末水力压裂常作为一口井的增产措施来对待，但发展至今在油气田开发中的意义，已远远超过了一口井的增产增注作用。在一定条件下能起到改善采油或注水剖面，提高注水效果，加快油田开发速度和经济效果的作用。5
2、什么是水力压裂? 利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。6 降低渗流阻力，增加渗流面积n水力压裂增产机理n压裂作用(1)(1)提高勘探含油气评价，增加可采储量WattenbergWattenberg气田陕北安塞特低渗油田H=1000-1300m，h=12.2m，=12.4%, kair=1-2md, kexy
3、，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于y方向；F当zyx，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于x方向； 27理想形态水平裂缝示意图 油层隔层隔层理想形态垂直缝示意图28n 裂缝长度水力裂缝长度 地层被压裂开后，液体进入地层后延伸的长度。支撑裂缝长度 携砂液进入地层后在水力裂缝延伸的长度。通常说的裂缝长度只是裂缝半长，在均质地层中，裂缝沿着最小主应力方向在井筒双向延伸。支撑缝长水力缝长29裂缝导流能力定义： 裂缝导流能力是指裂缝传导（输送）流体的能力。填砂裂缝的导流能力定义为支撑后的裂缝渗透率与支撑后的裂缝宽度之积。即填砂裂缝导流能力（）或n 裂缝导流能力裂缝导流能力的影响因素：地层的闭合压力 支撑剂性质其它地层岩
4、石硬度支撑剂在裂缝中分布30为了在井底憋起高压，选择施工排量要考虑的因素有以下几点：地层的吸液速度施工排量必须大于地层吸液速度，即最小极限排量。摩阻压力排量越大，产生的射孔孔眼摩阻和井筒摩阻越高，因此所需的井底施工压力愈大，对设备的要求就越高。裂缝高度施工排量太大，极有可能导致裂缝窜层。液体性能施工排量太小，液体携砂性能差，极易发生脱砂导致砂堵。此外，要注意对设备能力的要求施工排量受管材和井口装置所能承受的压力的限制施工排量受压裂设备处理支撑剂的能力的限制，施工排量大，易导致砂子传送带或混砂装置超过负荷施工排量大，压裂车不易达到要求，即使满足要求，也需更多台压裂车n 施工排量31n 施工规模
5、施工规模主要说的加砂量；影响施工规模的因素有以下几个方面： 储层厚度 人工裂缝体积 裂缝导流能力n 前置液比例 前置液比例=前置液量/（前置液+携砂液）*100%；影响前置液比例的因素有以下几个方面： 储层渗透率 天然裂缝发育程度32n 平均砂比砂子总量与携砂液的比值；为了保证人工裂缝的顺利延伸，起始砂比应从较低值开始添加，如果一开始就高砂比加入，会发生砂堵。3334（一）直井分层水力压裂工艺序号分层压裂工艺优点缺点1 1“填砂桥塞或水泥塞”分层隔离封堵性能极好工艺简单作业周期长压井、冲砂施工过程易造成伤害2 2封隔器分层分层隔离针对性好施工连续管柱节流多，施工压力相对较高，易出现井下事故3
6、3投球分层简单易行要求层间破裂压力差异大施工中途不能停泵封堵存在一定的盲目性4 4限流压裂简单易行不能保证每层均衡改造，有一定的盲目性5 5滑套水力喷射简单易行受工具限制，改造强度低6 6连续油管水力喷射简单易行施工排量受限施工费用较高 水力压裂分为笼统压裂和分层压裂351、“填砂桥塞或水泥塞”分层逐层上返优点：隔离封堵性能极好 工艺简单缺点：作业周期长 压井、冲砂施工过程易造成伤害362、机械分层分段压裂优点： 分层隔离针对性好 施工连续缺点：管柱节流多，施工压力相对较高， 易出现井下事故373 3、投球压裂 优点： 简单易行、 安全方便； 成本低廉； 适用范围较广。缺点：储层不能均衡改造，
7、 根据改造目的层破裂压力存在差异，首先压开破裂压力小的层位，然后投球将压开层位的射孔孔眼堵住，提高施工压力压开破裂压力高的层位。 384 4、限流压裂 优点：简单易行、 安全方便； 成本低廉； 适用范围较广。 缺点：储层工程特征预测困难，实际布孔不易实现储层均衡改造。 是当一口井中具有多层而各层之间的破裂压力有一定差别时，通过严格控制各层的孔眼数及孔径的办法，限制各层的吸水能力以达到逐层压开的目的，最后一次加砂同时支撑所有裂缝。39 5 5、滑套封隔水力喷射压裂优点：一趟管柱改造多层的目的，施工简单缺点：施工费用高，对工具性能要求高1 1）不用封隔器及桥塞等封隔工具，可实现自然封隔转层，施工风
8、险小；2 2）一次管柱可进行多段压裂，缩短施工周期，有利于降低储层伤害；401 1）不用封隔器及桥塞等封隔工具，可实现自然封隔转层，施工风险小；2 2）可用于裸眼、套管等多种完井方式；3 3）一次管柱可进行多段压裂，缩短施工周期，有利于降低储层伤害；6 6、连续油管水力喷砂射孔压裂工艺优点： 简单易行缺点： 施工排量受限 施工费用较高41水平井分段压裂技术水平井分压工具适用完井方式与性能不足裸眼封隔器+ +滑套分段压裂技术套管与裸眼完井，封隔器耐压差70.0MPa70.0MPa，耐温176176，分压2424段裂缝起裂位置无法控制封隔器无法取出工具成本高裸眼遇油膨胀封隔器分段压裂技术裸眼完井封
9、隔器耐压差70.0MPa70.0MPa，耐温204204封隔器膨胀时间长（7-10天）密封可靠性差可钻式桥塞分段压裂技术套管完井桥塞耐压差86.0MPa86.0MPa，耐温232232对套管和套管头抗压要求高配套技术要求高连续油管喷砂射孔环空加砂压裂技术套管完井工具耐压差50.0MPa50.0MPa，耐温120120要求套管和套管头抗压强井场道路要求高要求配套带压作业井口国外水平井分段压裂主体技术（二）水平井分段压裂工艺42水平井分段压裂技术水平井分压工具适用完井方式与性能不足裸眼封隔器+ +滑套分段压裂技术套管与裸眼完井，封隔器耐压差50.0MPa50.0MPa，耐温120120，分压101
10、0段裂缝起裂位置无法控制封隔器无法取出未形成技术系列双封隔器双封单压分段压裂技术套管完井封隔器耐压差70.0MPa70.0MPa，耐温100100，拖动压裂1010段，总加砂145m145m3 3拖动压裂施工时间长施工规模受限环空封隔器分段压裂技术套管完井耐压等级70MPa70MPa，耐温120120对套管和套管头抗压要求高分压段数少滑套封隔器分段压裂技术耐压等级70MPa70MPa，耐温120120，一趟管柱分压3 3段分压段数少只能用于27/8油管压裂水力喷射分段压裂技术套管完井工具耐压差50.0MPa50.0MPa，耐温120120，应用150150口井以上单段加砂规模有限深井应用难度大
11、国内水平井分段压裂主体技术431 1、机械封隔分段压裂工艺 优点缺点1.1.各段之间隔离可靠 2.2.可进行分段试油3.3.加砂规模大1.1.施工工序较多2.2.只适应套管固井射孔完井3.3.井下事故风险大，作业困难4.4.施工时间长油层一油层二DP35-1水平井分段压裂管柱图扶正器SPK344封隔器SP注入阀SP单流阀SPK344封隔器压力、温度测试仪器扶正器SP安全接头SP水力锚（1 1）下入压裂管柱；（2 2）小排量替前置液（一般排量1m1m3 3）；（3 3）坐封封隔器：一般排量1m1m3 3 ；（4 4）大排量压裂油层一； （5 5）压裂完油层一后，反洗井解封SPK344SPK344
12、封隔器。442 2、预置管柱分段压裂工艺1、下入水平井分段压裂管柱至施工位置，替出井筒内压井液；2、从油管内投球至坐封滑套，蹩压坐封所有封隔器并封闭管柱；3、验封，丢手，起出坐封管柱；4、下入插管管柱，与丢手管柱对接；45悬挂器投球滑套裸眼封隔器压差滑套引鞋多级分段压裂完井工具管柱性能：耐温120 、耐压差70MPa，分段能力达到25段以上。463 3、可打捞、可开关双滑套分段压裂工艺p技术特点：可实现井筒全通径，滑套可开、可关p适用井眼：裸眼完井，完井方式与裸眼封隔器分段压裂工艺相同工艺技术特点47可捞式、可开关滑套打捞工具接头打捞出的球座484 4、连续油管拖动管柱定点压裂工艺技术原理：
13、根据伯努利方程把压能转变为动能，集射孔、压裂、隔离一体化的压裂方式，可实现定点喷砂压裂。压裂管柱组合：盲堵+花管+下球座+扶正器+喷射工具+丢手工具+油管技术特点：适合裸眼完井、筛管完井、套管射孔等多种完井方式集射孔、压裂、隔离一体化，可实现定点喷砂压裂一趟管柱完成多段压裂，无需机械封隔适应不同井眼的多喷嘴喷射工具组合：工具外径3.06”、2.9”， 7个喷嘴，直径6.4mm，油管排量达2.2m3/min，平均砂比20%配套不压井装置，降低砂卡管柱风险提高施工效率。油管注入、环空补液49井口装置图防喷管，长度11米。封顶器注入密封脂p技术特点：套管压裂，桥塞封隔，封隔可靠，不 限级数，压裂针对
14、性强，利于后期水平井治理p适用井眼：套管完井p桥塞输送方式：泵送、连续油管、油管p最新纪录：4242级分段压裂5 5、泵送桥塞射孔联作分段压裂工艺50桥塞工具图桥塞座封工具图516 6、连续油管带底封水力喷砂射孔环空加砂压裂工艺p技术特点：水力喷砂射孔，油套环空压裂，底部封隔器封隔，封隔可靠，不限级数，压裂针对性强，利于后期水平井治理p适用井眼：套管完井p转层方式：连续油管拖动，封隔器重复坐封52连接头+丢手喷砂射孔端口扶正器平衡阀/反向循环端口机械套管接箍定位器隔离/固定锚系统井下压力表工具组成53将工具下井后，用机械定位器定位校深。精确定位在某位置上坐封对封隔器进行压力测试54在正式泵注含
15、砂射孔液前，先小流量在连续油管内建立微循环。55泵入含砂液进行喷射射孔。一般需要10分钟的喷射射孔时间。将含砂液顶替出井口56Displace the abrasive slurry out of the coiled tubing Abrasive slurry is then circulated up hole or out of the well根据压裂设计的要求开始进行压裂，环空主压裂，摩阻小，排量大。57Execute fracture treatment as per the programmed treatment schedule down the annulusMonito
16、r coil as a dead leg pressure (Real Time BH pressure)打开平衡阀，将封隔器解封将工具提升至下一个压裂作业深度，坐封 58打压测试封隔器重复进行以上步骤，对每一级进行封隔，射孔和压裂。 59适用范围：8 井眼、 4 套管固井完井技术优势：u无限级数uTAP阀可关闭，实现堵水、重复压裂等后期作业u减少完井时间，降低完井费用7 7、TAPTAP套管投镖无限级压裂技术60破裂盘阀：技术参数和优势：目前可选3.5寸，4.5寸和5.5寸；耐压68Mpa，162 degC ；最大流量可达每分钟120桶；双破裂盘设计，确保滑套顺利打开；提高了操作效率降低了操
17、作成本；破裂盘压力精度高。61u液控管线连接u开下阀同时激活上级阀u上级阀被激活，可落标TAPTAP阀：6263（一）砂堵原因 加砂过程中，压力大幅度上升说明有砂堵迹象，应立即停砂或降低砂比。如压力继续上升可能发生端部脱砂或砂堵。原因是：（1）泥质含量高，泥质含量较高，地应力高，塑性强；（2）裂缝发育，压裂液滤失严重；（3）前置液量过少，造缝不充分；（4）砂比过高或提的过快；（5）压裂液携砂性或抗剪切性差；（6）压裂液破胶过快。 处理方法：发生砂堵后应立即进行放喷、返排，在管柱允许条件下进行反洗。641、泥质含量高，泥质含量较高，地应力高，塑性强 以HH12P6井为例：第1、2段均为高泥质层段
18、，第一段前置液打入3个段塞，携砂液在10%砂比段压力逐渐上涨至砂堵；第二段先后注入4个段塞，压力仍逐渐上涨至砂堵。 从测井曲线上看，HH12P6井第1段GR值在100-125API，第二段GR值在125API左右。施工压裂均在40MPa以上，反应储层应力值高，造缝困难。652、裂缝发育，压裂液滤失严重以HH36P97井第6段为例： 从施工曲线上看，该段前期施工压力正常，在38%砂比段进入地层后，压力突然快速上涨，导致砂堵。从测井曲线上看，该段位于裂缝发育段，声波跳跃，平均声波时差达到250m/s以上。 初步分析：储层裂缝发育，漏失大，造缝不够（排量2.8-2.9m3/min,排量偏低），导致高
19、砂比无法进入，携砂液在近井地带或井筒脱砂，导致砂堵。663、前置液量过少，造缝不充分前置液段塞阶段砂堵 以JH32P6井第一段为例：地层无破裂显示，加入前置液40m3后开始加入2个段塞，当段塞刚入地层（前置液量27m3左右），压力开始升高，最高升至49MPa，停泵放喷，放喷出液小，甚至不出液。 初步分析：储层泥质含量高，前置液阶段段塞未进地层就开始加第二个段塞，造缝不充分，导致砂堵。674、砂比过高或提的过快；以HH74P14HH74P14井第1313段为例： 该段完成加砂，在顶替17m17m3 3时砂堵(21.1m(21.1m3 3），该段设计最高砂比38%38%，但现场实际施工最高砂比达到
20、了48%48%。原因分析：砂比提的过快且砂比过高，导致砂堵。685、压裂液问题以HH36P68HH36P68井第七段为例： 该段完成加砂，在顶替时砂堵。从施工曲线看，该段施工压力一直处于正常状态。从测井解释图看，该段砂岩较纯，物性较好。原因分析：可能为压裂液破解过快，近井筒脱砂，导致砂堵。69 压后出砂，也称为压后支撑剂回流，是指人工裂缝中的支撑剂在地层能量的作用下被压裂液或地层流体从裂缝中带入井筒的过程。（二）压后出砂 支撑剂在地层中的聚集主要依靠流体附着力、地层压实力、自身重力等作用力来实现。如果填砂裂缝中的压力梯度过大，支撑剂的压实力降低或拖曳力增大, 必将导致支撑剂的回流。701、出砂
21、原因（1）压后测试排液工艺不当，排液速度陡然加快、开关井放喷过频过猛(裂缝中压力激动过频过快,导致支撑剂松动移位)。大牛地气田水平井压后出砂情况71 （2） 现场施工破胶剂加入不规范，导致排液时压裂液破胶不彻底，返排液带出支撑剂。如果压裂液破胶不彻底，则支撑剂的临界出砂流速很低(裂缝刚闭合时小于2ml/min)，压裂井必定出砂。DPT-34井72（3）采气、输气工艺不当，生产压差、气流流速等生产作业制度。出砂造成气嘴、阀针、阀座受损（4）孔隙度较高，渗透率较好，储层砂岩胶结程度不高的微小砂粒很容易随气流运移，造成采气过程中出砂。 据统计，中国大多数区域砂岩气藏的出砂临界取值为tc295s/m时
22、,正常生产的气井开始出砂，因此地层出砂情况在大牛地气田基本不存在。732、压后出砂预防措施u优化压裂工艺技术措施l 优化破胶剂加量并规范现场操作l 优化排液测试工艺u提高支撑剂在人工裂缝中的固定强度l 压裂中后期尾追树脂涂层支撑剂工艺l 纤维+支撑剂压裂工艺技术l 可变性支撑剂防砂技术u制定完善的气井生产制度74l 优化破胶剂加量及规范现场操作严格规范现场操作，严格按照设计比例加入破胶剂。75l 优化排液测试工艺制度u 根据编制的考虑了压裂液虑失及支撑剂回流的水平井压后返排软件，制定“一井一案”的排液制度。u 现场推广无间歇沉降式油气井井口捕球器的应用，确保排液过程的连续。76l 树脂涂层支撑
23、剂压裂工艺l 每段压裂施工中后期，尾追树脂涂层支撑剂支；l 表面包覆的树脂在地层温度、压力下发生固化反应，使涂层砂固结而形成具有中等强度的可渗滤的人工井壁，成为阻挡地层砂进入井筒的防砂屏障。技术特点l 闭合压力分布在面积较大的树脂层上， 砂子的承压能力得以提高； l 压碎了的砂子包裹在树脂层内，也使裂缝的导流能力得以保持；l 树脂涂层支撑剂的固化需要较长的关井时间。DPH-78即将现场试验。77l 纤维+支撑剂压裂工艺技术特点：l 化学稳定性、耐热、耐老化性较好；l 增加纤维长度可增强支撑剂填充层的稳定性；l 对裂缝导流能力影响较小；l 施工工艺易控制，返排工艺可设计性好，允许初始高速返排。
24、纤维支撑剂压裂工艺是在加砂压裂携砂液阶段将专用纤维加入纤维泵，经过处理后进入地层，在井筒附近的裂缝中形成复合型支撑剂，支撑剂是基体，纤维是增强相。其作用原理是以物理而非化学的方式稳定支撑剂充填层。78l 可变性支撑剂防砂技术 可变形支撑剂由树脂和惰性填充物包裹在一起而形成，与普通支撑剂混合泵送到井底，在一定闭合压力下将发生变形。变形产生的小窝和凹陷可以稳定和锁住周围的支撑剂。技术特点：u 内核具有较好的柔韧性，外涂层具有较好的抗腐蚀能力；u 适用于闭合压力为550 MPa、温度低于185 的地层条件；u 用量一般是支撑剂总量的1015。79l 制定完善的气井生产制度u控生产压差生产 生产压差越
25、大，地层压力下降越快快，施加在压裂砂上的力变大，导致其破碎，被携至井底，引起出砂。 u控流量生产 流量较大时，压裂砂在气流的粘滞拖曳力、重力、惯性力的综合作用下进入井筒，带出地层。出砂临界流量。u减少频繁开关井 气井生产过程中, 突然开关井或改变工作制度,使井底产生一个瞬时激动生产压差, 该压差值越大,井周地层受到的冲击力就越强。当地层所产生的瞬时生产压差大于气井出砂临界生产压差时, 压裂缝中的砂拱形成了松散砂而被地层流体带出, 造成气井出砂。8081B arnett页岩4500m3清水压裂产生的压裂体积（SRV）：裂缝半长Xf=1750ft区域宽度Fw=785ft压裂高度h=400ftThe
26、 SRV=641000000ft3Xf=44（bbl）1/3压裂面积=Xf（FW）()/2FW= Xf/2 压裂体积=4/3 （FW/2）h/2(Xf) 页岩储层极低的渗透率决定了其一般采取缝网压裂技术，这就涉及到“压裂体积”的概念，它可定义为裂缝网所能沟通区域的整体储层体积。1 1、体积压裂82页岩压裂的复杂性理论上直井、水平井压裂裂缝形状实际可能形成压裂裂缝形状832 2、清水压裂 所谓的清水压裂，除了早期用清水不带砂外，多数是用化学处理剂，如减阻剂、活性剂、防膨剂处理过的清水或线性胶，这种水也常常称作。作业中带有少量砂的，但也有加砂量较多的，砂比常为3.5%3.5%。是它们的共性，至于造
27、缝导流能力的大小 与储层物性有关。84 最近几年，美国BarnettBarnett等页岩气藏应用的 清水压裂技术（加入降阻剂和阻垢剂）的主要特点可归纳为大规模、大排量、不加砂或低砂比（0.1-0.5lb/gal,20/40或40/7040/70目砂），但近期也出现了一些服务公司在施工后期加入2lb/gal2lb/gal（15%15%）浓度的砂比。853 3、超轻支撑剂超轻陶粒又叫轻质陶粒，是通过高温煅烧而得到的陶瓷颗粒，超轻密度陶粒一般是指300500kg/m3的陶粒。超轻支撑剂比重小，沉降慢LiteProp-125 Brady Sand86874 4、同步压裂与单井压裂比较，油藏整体压裂具有
28、以下四方面特征：(1) 它立足于油藏地质、开发现状与开发要求，从宏观上对全油藏压裂作出规划部署，用来指导规范每一单井压裂的优化设计与现场施工；(2) 它以获得全油藏最大的开发与经济效益为目标，强调水力裂缝必须与注采井网达到最佳匹配关系，在注水开发条件下提高全油藏的最终采收率。(3) 它是一项系统工程。需由多学科的渗透融合并与工程上各项配套技术进步相辅相成。(4) 它由研究、设计、实施与评价四个主要环节组成。四个环节不断循环深化。在相邻的两口水平井同时进行压裂作业，使压裂液及支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方法，来增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积。目前已发展成三口井同时压裂，甚至
29、四口井同时压裂。88DP43井组施工现场89为什么需要监测裂缝？通过优化射孔孔眼间距、改善储层连通性而提高完井效果更好地了解你的压裂是否100%有效无流动5 5、裂缝监测- -井下微地震、地面测斜仪90 地震 地球介质的一种声发射现象. 岩石声发射: 岩石变形时，局部地区应力集中，可能会发生突然的破坏，从而向周围发射出弹性波，这就是岩石的声发射现象 . （陈颙等，1984）。 水力压裂时，大量高粘度高压流体被注入储层,使孔隙流体压力迅速提高,高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂两种方式引起岩石破坏。岩石破裂时发出地震波，储存在岩石中的能量以波的形式释放出来。诱发微震以剪切破裂为主要诱因。微地震监测原
30、理91实施要求（1）需监测井-套管固井，空井筒，1200m内；（2）需检波器-8级检波器，下入位置：仪器下到目的层上部300-350m即可；（3）需震源井-套管固井，空井筒，4km内，压前方位校正 92问题提问与解答问答HERE COMES THE QUESTION AND ANSWER SESSION93结束语 CONCLUSION感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助，大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相会！ 94感谢您的观看与聆听本课件下载后可根据实际情况进行调整
